纳米抗体专利全景分析：聚焦BCMA序列与结构特征的战略意义

本综述系统梳理了纳米抗体（Nb）专利技术发展态势，聚焦BCMA（B细胞成熟抗原）靶点，整合专利计量学、生物序列分析与人工智能结构预测（如AlphaFold3），揭示了Nb在肿瘤免疫治疗（如CAR-T细胞疗法）中的创新路径与知识产权布局策略，为生物制药领域研发与专利保护提供关键理论支撑。

　　

ABSTRACT

纳米抗体（Nanobodies, Nbs）作为源自天然缺失轻链的重链抗体的抗原结合片段，因其治疗潜力近年来发展迅速。本研究通过专利全景与序列分析，聚焦B细胞成熟抗原（BCMA）靶点，系统总结了Nb药物的序列特征、理化性质、修饰位点及表位结合倾向，强调了结构层面专利保护的重要性，并为Nb设计与实验验证提供了理论基础。

Introduction

纳米抗体（又称单域抗体）是从骆驼科动物或某些软骨鱼类中天然缺失轻链的重链抗体中衍生出的功能性抗原结合片段。与传统抗体不同，Nb仅由重链可变区（VHH）构成，凭借其小分子尺寸、高稳定性、高亲和力及易于偶联的特性，被广泛用于研究、诊断及治疗领域。2018年，首个Nb药物Caplacizumab（Cablivi）获欧盟批准用于治疗获得性血栓性血小板减少性紫癜（aTTP），此后多个Nb药物（如靶向PD-L1的Envafolimab、靶向TNFα的Ozoralizumab以及基于VHH的CAR-T细胞疗法Ciltacabtagene Autoleucel）相继获批，标志着Nb技术在临床治疗中的重大突破。

专利文档不仅为创新提供法律保护，更是研发活动与竞争态势的重要数据源。尽管Nb技术发展迅猛，但针对该类抗体片段的全面专利分析仍较为缺乏。本研究通过挖掘专利数据，系统回顾Nb技术的发展现状、应用趋势及技术特征，并以BCMA为示例靶点，深入分析其专利序列与结构特性，以促进Nb药物开发并支持专利战略决策。

Methods

Data processing

专利数据来源于Derwent Innovation数据库，检索策略基于Nb及其变体名称构建，最终纳入2,812个专利家族（排除SARS-CoV-2相关专利以规避疫情导致的发表偏倚）。数据使用OpenRefine进行标准化处理。

Network analysis

基于专利间引用关系构建引文网络，使用Gephi软件进行可视化分析，节点大小代表专利被引频次（出度），反映技术影响力。

Biosequence and statistics analysis

利用Expasy ProtParam工具分析理化性质，Clustal Omega计算序列一致性，abYsis预测抗体修饰位点，并使用R语言进行Pearson卡方检验及标准化残差分析。

Structure modeling and analysis

通过AlphaFold3（AF3）预测BCMA靶向VHH的结构及其与抗原的表位结合模式，仅保留高质量预测结果（ipTM > 0.8）。结构相似性通过TM-score算法量化，PyMOL进行表位作图与可视化。

Results

Accelerating global trends

共识别3,032个关键专利家族，主要涉及癌症、免疫相关疾病及感染性疾病等领域。自2018年首个Nb药物获批后，专利数量显著增长。技术类别以单特异性Nb、多特异性Nb、重组蛋白、细胞治疗及VHH偶联物为主。中国和美国是专利申请与公开的主要国家/地区。

Top assignees

Sanofi（通过收购Ablynx）持有最多专利申请，VIB、Ghent University等比利时机构以及Legend Biotech（开发首款VHH基CAR-T疗法）位列前十大申请人，反映工业界与学术界的深度融合。

Technological flows

引文网络显示，WO1994004678A1（Nb原始发现专利）处于网络核心，Ablynx、VIB及VUB等机构的专利为后续创新奠定基础。网络指标（如中心性、PageRank）证实Ablynx在Nb技术中的先驱地位。

Sequence feature

39条BCMA相关序列分析显示，CDR区存在保守氨基酸模体，可能对抗原结合与结构稳定性起关键作用。序列一致性在同一专利内较高，但结构相似性更具多样性，表明微小序列变异可能导致显著结构差异。

Physicochemical properties

BCMA靶向Nb的平均氨基酸长度为122±4.45，分子量为13,270.86±531.34 Da，等电点（pI）为7.15±1.63。不稳定指数（38.88±7.47）与脂肪族指数（65.59±4.65）提示中等稳定性，GRAVY评分（-0.36±0.11）表明分子亲水性。

Antibody modification sites

CDR与框架区（FR）的修饰位点分布存在显著差异（p < 0.05）。FR2区甲硫氨酸氧化（MOE）与CDR2区天冬氨酸异构化（AIS）等修饰可能影响结构稳定性与抗原结合，需在抗体工程中重点关注。

Antigen epitopes

AF3预测的表位分布显示，BCMA胞外域中央区域（如E12、L18、H19等残基）为高频结合热点，与已上市抗体（如Teclistamab）靶向区域重叠。同一专利内的Nb通常呈现相似结合模式，而不同专利间则存在表位竞争或多样性。

Discussion

Nb技术正朝着更小、模块化及功能化的下一代抗体格式发展。其分子优势（如小尺寸、高渗透性）与工业适用性（易于微生物表达、高稳定性）共同推动了其在肿瘤、免疫疾病等领域的应用拓展。多特异性设计需考虑靶点空间分布与生物学功能，例如PD-L1/CTLA-4双特异性可能因靶点表达定位差异面临挑战，而PD-L1/VEGF组合则通过抑制血管生成与激活免疫应答发挥协同作用。

专利网络分析揭示了技术流动路径：从单/多特异性Nb等基础技术逐渐延伸至细胞治疗、重组蛋白及诊断应用。Ablynx（Sanofi）通过核心专利与衍生布局构建了强大的知识产权生态。BCMA序列与结构分析表明，结构相似性可作为序列一致性的补充指标，为生物制剂专利边界定义提供新视角。修饰位点与表位热点区域的识别则为Nb优化设计（如降低免疫原性、增强稳定性）提供了数据支持。

本研究存在一定局限性：未涵盖所有全球专利、未决专利范围未定、AF3预测精度依赖算法等。但仍为Nb技术的发展趋势与创新策略提供了重要参考。

Conclusion

Nb技术专利呈现快速增长趋势，主要聚焦癌症、免疫疾病及感染性疾病领域。BCMA靶向专利以单/多价Nb及细胞治疗为主。序列一致性与结构相似性的比较凸显了结构特征在生物制剂知识产权保护中的重要性。未来需结合实验验证与计算预测，进一步推动Nb药物的理性设计与商业化应用。

Abbreviations

Nb（Nanobodies）、BCMA（B-cell maturation antigen）、CDR（complementarity-determining region）、FR（framework region）、GRAVY（grand average of hydropathicity）、PD-L1（programmed death ligand 1）、CAR-T（chimeric antigen receptor T cell）、VHH（variable domain of the heavy chain）、pI（isoelectric point）、AF3（AlphaFold3）、MOE（Methionine oxidation extended）、AIS（Aspartate isomerization site）